面试题：Redis跳跃表中如何通过分层结构提升查找性能

Question

简述Redis跳跃表通过分层结构实现高效查找的原理，并且说明每层的作用以及如何减少查找时的比较次数。

Answer 1

Redis跳跃表分层结构高效查找原理

1. 分层结构概述：
   • Redis跳跃表是一种有序的数据结构，它通过多层链表结构来实现高效的查找。每一层都是一个有序链表，最底层（第0层）包含所有的元素，而上层链表是下层链表的“稀疏”版本。
2. 每层作用：
   • 最底层（第0层）：
     • 包含跳跃表中的所有元素，按照元素的键值有序排列。它是整个跳跃表的基础，保存了完整的数据序列。
   • 上层：
     • 上层链表是下层链表的子集，每个上层链表中的节点是从下层链表中“随机”抽取出来的。这些上层链表的存在就像建立了多层索引，能够快速定位到大致的范围。例如，第1层链表中的节点可能是每隔几个第0层链表的节点选取出来的，第2层链表又是从第1层链表中进一步稀疏选取，以此类推。这样，在查找时可以先在高层链表进行快速的大范围定位，然后逐步下降到更底层链表进行精确查找。
3. 减少查找比较次数的方式：
   • 利用高层链表快速定位范围：
     • 当进行查找操作时，从最高层链表开始。由于高层链表节点稀疏，每次比较可以跳过较多的元素。例如，在高层链表中，如果当前节点的键值小于目标键值，就可以直接跳到下一个节点，这个过程中会跳过当前节点与下一个节点之间在底层链表对应的多个节点，从而快速缩小查找范围。
   • 逐步下降精确查找：
     • 当在某一层链表中找到一个节点，其键值大于或等于目标键值时，就下降到下一层链表继续查找。随着层数下降，链表中的节点越来越密集，最终在最底层链表中可以精确找到目标节点（如果存在）。在这个过程中，每一次在高层链表的跳跃都减少了在底层链表需要比较的次数，因为已经通过高层链表排除了大量不可能的节点，整体上大大减少了查找时的比较次数，实现了高效查找。